Transformaciones y conservación de la energía

Se desprende una manzana de un árbol y cae al suelo, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué le ocurre a su energía potencial durante la caída?
2. b) ¿Y a su energía cinética?
3. c) Explica la transformación de energía que tiene lugar.

Un columpio se balancea entre dos alturas máximas y pasa por el punto más bajo en medio, como se muestra en la figura.

1. a) ¿En qué punto del recorrido es máxima su energía potencial?
2. b) ¿Dónde es máxima su energía cinética? Razona ambas respuestas.

En un parque acuático hay dos toboganes: uno empieza a $3\ \text{m}$ de altura y otro a $6\ \text{m}$, como se muestra en la figura.

Si no hay rozamiento, ¿en cuál llegarás abajo con más velocidad? Explica por qué usando las energías.

Un bloque de $1\ \text{kg}$ cae desde $10\ \text{m}$ de altura sin fricción (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tiene arriba?
2. b) Si la energía mecánica se conserva, ¿qué energía cinética tendrá al llegar al suelo?

Lanzas una bola de $0,5\ \text{kg}$ hacia arriba con una energía cinética de $50\ \text{J}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$). Si no hay fricción, ¿qué altura máxima alcanzará? Piensa en qué energía tendrá la bola en el punto más alto.

Una niña de $30\ \text{kg}$ se deja caer desde lo alto de un tobogán de $7,2\ \text{m}$ de altura, sin rozamiento (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tiene arriba?
2. b) ¿Con qué velocidad llega abajo?

Al frenar una bicicleta en bajada, las pastillas de freno se calientan.

1. a) ¿En qué se ha transformado la energía cinética que llevaba la bicicleta?
2. b) ¿Se ha destruido esa energía? Explica qué plantea el principio de conservación de la energía.

Una pelota de $0,4\ \text{kg}$ se deja caer desde $2\ \text{m}$, rebota en el suelo y solo vuelve a subir hasta $1,5\ \text{m}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Se conservó su energía mecánica?
2. b) ¿Cuánta energía perdió en el rebote?
3. c) ¿En qué se transformó esa energía perdida?

Un niño de $40\ \text{kg}$ baja por un tobogán de $5\ \text{m}$ de altura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Si no hubiera rozamiento, ¿con qué velocidad llegaría abajo?
2. b) En realidad llega a $8\ \text{m/s}$: calcula su energía cinética real al llegar abajo.
3. c) ¿Cuánta energía se ha perdido por el rozamiento? ¿En qué se ha transformado?

Un carro de montaña rusa de $200\ \text{kg}$ parte del punto más alto, a $30\ \text{m}$, y pasa por un valle situado a $10\ \text{m}$ de altura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin fricción).

1. a) ¿Cuánta energía potencial ha perdido?
2. b) ¿Cuánta energía cinética ha ganado? Explica qué principio usaste.

Un paquete de $2\ \text{kg}$ cae de un helicóptero que está quieto a $45\ \text{m}$ de altura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin rozamiento), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué energía potencial tiene el paquete al empezar a caer?
2. b) ¿Con qué velocidad llega al suelo?
3. c) Cuando ha recorrido la mitad de la caída, ¿cuánta energía potencial le queda y cuánta energía cinética lleva?

Un vagón de montaña rusa de $100\ \text{kg}$ baja desde una cima de $30\ \text{m}$ y después intenta subir una colina de $25\ \text{m}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin rozamiento), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Conseguirá superar la colina? Justifícalo comparando energías potenciales.
2. b) ¿Con qué velocidad pasará por la cima de la colina?
3. c) ¿Qué ocurriría si la colina midiera $35\ \text{m}$?

Un péndulo de $0,2\ \text{kg}$ oscila y, en su punto más alto, tiene una energía potencial de $40\ \text{J}$ respecto al punto más bajo. No hay rozamiento. Observa la figura:

1. a) ¿Qué energía cinética tendrá al pasar por el punto más bajo?
2. b) ¿A qué velocidad pasará por ahí?

Sueltas un péndulo desde cierta altura a la izquierda y lo dejas oscilar libremente.

1. a) Describe cómo cambian sus energías cinética y potencial a lo largo de una oscilación completa.
2. b) Si no hubiera rozamiento, ¿hasta qué altura llegaría en el extremo derecho? Justifícalo.
3. c) En la realidad cada oscilación sube un poco menos: explica por qué y adónde va a parar la energía.

En un parque de patinaje (skatepark) hay dos rampas que empiezan a la misma altura: una es corta y muy empinada y la otra, larga y suave. Dos patinadores idénticos se dejan caer a la vez, uno por cada rampa, sin rozamiento, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuál de los dos llega abajo con más velocidad? Razona la respuesta con la conservación de la energía.
2. b) ¿Llegan los dos a la vez? Explica la diferencia entre la velocidad final y el tiempo de bajada.

Nombra la transformación de energía principal que ocurre en cada caso:

1. a) Una linterna con baterías encendida.
2. b) Un panel solar cargando una batería.
3. c) Una central hidroeléctrica produciendo electricidad.
4. d) Tú corriendo un rato después de desayunar.

En una presa hidroeléctrica, $1000\ \text{kg}$ de agua caen $50\ \text{m}$ sobre la turbina (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánta energía potencial pierde el agua?
2. b) Si la central aprovechara toda esa energía, ¿cuánta energía eléctrica produciría?
3. c) En la realidad produce bastante menos: razona por qué.

Un cohete de juguete de $0,3\ \text{kg}$ despega con una energía cinética de $60\ \text{J}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Si no hubiera rozamiento con el aire, ¿qué altura máxima alcanzaría?
2. b) En el lanzamiento real solo sube $15\ \text{m}$: ¿cuánta energía se ha disipado?
3. c) ¿En qué se ha transformado la energía disipada?